基于离散元法的多级配球提高半自磨机磨矿效率研究

国宏臣, 肖庆飞, 李云啸, 周强, 刘向阳. 基于离散元法的多级配球提高半自磨机磨矿效率研究[J]. 矿产保护与利用, 2023, 43(4): 60-67. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2023.04.006
引用本文: 国宏臣, 肖庆飞, 李云啸, 周强, 刘向阳. 基于离散元法的多级配球提高半自磨机磨矿效率研究[J]. 矿产保护与利用, 2023, 43(4): 60-67. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2023.04.006
GUO Hongchen, XIAO Qingfei, LI Yunxiao, ZHOU Qiang, LIU Xiangyang. Comparative Experimental Study of Multi−stage Ball Distribution to Improve the Efficiency of Semi−autogenous Grinding[J]. Conservation and Utilization of Mineral Resources, 2023, 43(4): 60-67. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2023.04.006
Citation: GUO Hongchen, XIAO Qingfei, LI Yunxiao, ZHOU Qiang, LIU Xiangyang. Comparative Experimental Study of Multi−stage Ball Distribution to Improve the Efficiency of Semi−autogenous Grinding[J]. Conservation and Utilization of Mineral Resources, 2023, 43(4): 60-67. doi: 10.13779/j.cnki.issn1001-0076.2023.04.006

基于离散元法的多级配球提高半自磨机磨矿效率研究

  • 基金项目: 国家自然科学基金地区科学基金项目(51964044);云南省基础研究计划面上项目(202201AT070766);矿冶过程自动控制技术国家重点实验室开放基金项目(BGRIMM−KZSKL−2022−1);矿物加工科学与技术国家重点实验室开放基金项目(BGRIMM−KJSKL−2023−09)
详细信息
    作者简介: 国宏臣(1998—),男,海南省海口人,硕士研究生,主要从事碎磨理论与工艺,E-mail:1098494742@qq.com
    通讯作者: 肖庆飞,安徽宿松人,博士,教授,主要从事碎磨理论与工艺,E-mail:13515877@qq.com
  • 中图分类号: TD921+.4

Comparative Experimental Study of Multi−stage Ball Distribution to Improve the Efficiency of Semi−autogenous Grinding

More Information
  • 为解决四川攀枝花某铁矿选厂半自磨机中单一Φ150 mm钢球介质尺寸与给矿粒度及矿石力学性质不匹配、钢球尺寸单一导致磨机能耗高、效率低等问题,采用邦德球磨功指数实验及Azzaroni公式确定150 mm最大球径,通过D×L 450 mm×450 mm的小型磨机磨矿实验验证m(Ф150 mm)∶m(Ф120 mm)=1∶2的推荐钢球级配磨矿效果最好,进一步使用离散元(DEM)模拟仿真实验从碰撞能量的角度分析推荐钢球级配与单一Φ150 mm钢球尺寸现场钢球级配的能量利用率差异,最终确认推荐钢球级配效果最好。研究结果表明:推荐钢球级配比现场钢球级配顽石产率降低了0.32百分点,γ−0.074 mm产率提高了3.20百分点;离散元(DEM)模拟仿真实验结果表明:推荐钢球级配较现场钢球级配的切向碰撞能量利用率提高了2.98百分点,法向碰撞能量利用率提高了1.90百分点,对衬板的碰撞能量降低了306.9 J。从而验证了多级配球可有效提高半自磨机能量利用率。

  • 加载中
  • 图 1  功指数球磨机给料粒度特性曲线

    Figure 1. 

    图 2  测试矿样最终磨矿产品粒度特性曲线

    Figure 2. 

    图 3  不同磨矿介质级配的磨矿产品综合指标

    Figure 3. 

    图 4  现场钢球级配与推荐级配方案半自磨颗粒运动状态:(a) Φ150 mm钢球;(b) m(Φ150 mm)∶m(Φ120 mm)=1∶2钢球

    Figure 4. 

    图 5  不同钢球级配方案对顽石粒级的切向碰撞频次能谱图:(a)现场级配; (b)推荐级配

    Figure 5. 

    图 6  不同钢球级配对顽石粒级的法向碰撞能谱图(a)现场级配(b)推荐级配

    Figure 6. 

    表 1  堆积密度测定结果

    Table 1.  Results of Bulk density measurement /(g·cm3)

    第一次称重第二次称重第三次称重平均值
    2.132.152.172.15
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    表 2  球磨功指数相关测定结果

    Table 2.  Measurement results related to ball milling power index

    实验筛孔
    P1 /µm
    可磨度
    Gbp/(g·r−1)
    产品粒度
    P80/µm
    入磨粒度
    F80/µm
    1502.51131951
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    表 3  半自磨的磨矿方案

    Table 3.  Grinding solution for semi-autogenous grinding

    方案级配内容平均球径
    现场级配Ф150 mm150 mm
    偏小级配Ф130 mm130 mm
    推荐级配m(Ф150 mm)∶m(Ф120 mm)=1∶2130 mm
    偏大级配m(Ф150 mm)∶m(Ф140 mm)=1∶1145 mm
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    表 4  接触模型中使用的弹簧刚度和阻尼系数

    Table 4.  Spring stiffness and damping coefficients used in the contact model

    名称法线方向(n)切向(t
    弹簧刚度常数(K
    阻尼系数(C
    阻尼力(
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    表 5  参数含义

    Table 5.  Meaning of parameters

    名称表达式备注
    杨氏模量(E*EiviEjvj分别是杨氏模量、泊松比
    当量半径(R*Ri、Rj表示接触球体半径
    当量质量(m*
    阻尼系数(β)ε是恢复系数
    法向刚度(Snδn为重叠量
    切向刚度(StG*为当量剪切模量
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    表 6  半自磨(SAG)机模拟中使用的各项参数

    Table 6.  Parameters used in the simulation of the semi-self-grinding (SAG) machine

    参数磨机直径 /m磨机长度 /m钢球充填率 /%最大钢球直径 /mm总充填率 /%磨机临界转速 /(r·min−1)衬板组数 /组
    数值9.155.03141503214.0440
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    表 7  材料参数

    Table 7.  Material parameters

    材料泊松比弹性模量/Pa密度/(kg·m−3)
    矿石0.261.27E+103640
    钢球0.308.00E+107800
    衬板0.308.00E+107800
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    表 8  接触参数

    Table 8.  Contact parameters

    颗粒模型恢复系数静摩擦系数滚动摩擦系数
    钢球−钢球0.500.700.15
    钢球−矿石0.700.200.01
    矿石−矿石0.410.500.25
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    表 9  半自磨机的模拟钢球级配方案

    Table 9.  Simulation scheme for semi-autogenous mills

    方案级配内容平均球径
    现场级配Ф150 mm150 mm
    推荐级配m(Ф150 mm)∶m(Ф120 mm)=1∶2130 mm
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    表 10  顽石切向碰撞能量利用率

    Table 10.  Energy utilization of hard rock in tangential collision

    方案切向总能量 /J介质−衬板 /J介质−顽石 /J能量利用率 /%
    现场级配11913161097.8306193.725.73
    推荐级配1293076878.8371008.328.71
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    表 11  顽石法向碰撞能量利用率

    Table 11.  Naughty stone method to collision energy utilization

    方案法向总能量 /J介质−衬板 /J介质−顽石 /J能量利用率 /%
    现场级配300150.11844.5157788.952.57
    推荐级配328639.31537.6178779.854.47
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出版历程
收稿日期:  2023-06-01
刊出日期:  2023-08-25

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